1 引言
隨著仿真軟件在機械產品仿真過程中的廣泛應用，產生了海量的、非結構化的數據，如何對這些仿真數據進行有效的管理，是仿真工程人員面臨的首要問題。目前，雖然有PDM系統通過擴展可以集成CAM和CAPP，使得一些產品數據得以集成、協調，產品研發過程也得以優化或重組，但其對仿真數據尚未實現有效的管理。如何規范、合理的管理這些仿真數據，實現仿真數據的交互，支持協同工作，已經成為機械產品仿真數據管理的一個技術瓶頸。要有效的管理仿真數據，就要認識仿真數據結構，合理的將仿真數據分類，然后根據分類的仿真數據，運用關系型數據庫和Java內容倉庫，設計出針對機械產品仿真數據管理的架構，實現仿真數據的有效管理。
2 機械產品仿真數據的特點和分類
在對機械產品進行仿真分析的過程中，不同的CAD、CAE軟件會產生不同類型的仿真數據，這些仿真數據呈現出數據量大、種類繁多、結構復雜的特點。如何對這些數據進行規范、有效的管理，是機械仿真人員急切關注的問題。但是，目前在仿真分析數據的管理行業內，沒有形成規范的行業標準，仿真工作人員僅憑個人習慣采用文檔的形式管理仿真數據，極易形成數據信息的孤島、錯版甚至是數據文件的丟失。
對于機械產品仿真數據的分類，在目前來說，還沒有形成統一的認識，分類方式也各不相同。因而根據仿真過程的遇到的—些數據類型，主要從仿真數據結構類型、仿真數據存在的形式、仿真學科和仿真分析過程等四個方面將機械產品仿真數據進行分類。
2.1 按數據結構類型分類
機械產品仿真數據按照數據的結構類型可以分為結構化數據和非結構化數據兩大類。結構化數據是指以數字、字符或文字為載體進行記錄或表達的數據，這類數據具有直觀性。如機械產品的模型尺寸、材料屬性、載荷值、應力值等，這類信息是使用數字或字符串組合來表達出機械產品的特性，具有直觀性。非結構化數據是指不能以數字、字符或者是文字為載體進行記錄或表達的數據，這類數據沒有統一的層次或結構，不具備直觀性。如文本文件、模型文件、圖片、視頻文件和報表等。這些仿真數據沒有統一的格式，若要對它們進行操作就必須用專業軟件進行解析，然后才能進行相關操作。
2.2 按仿真數據存在形式分類
仿真數據以其依附的載體不同，可以表現出不同的形式，如字符串、文本文件、XML文件等。機械產品仿真數據按其存在形式也可以進行分類，常見的數據存在形式有文本文件、圖片文件、動畫文件、二維模型文件、三維模型文件、仿真模型文件、仿真報告等。
2.3 按照仿真學科分類
在對機械產品進行仿真分析的過程中，主要涉及到力學、聲學、熱學等學科，因而產生的仿真數據各有特點，如對機械產品進行力學分析時，仿真數據應該包含靜力學分析數據、多體動力學數據、沖擊動力學數據等。
2.4 按仿真分析過程分類
機械產品仿真分析大致需要經過前處理、仿真計算以及后處理三個步驟。前處理中需要對模型進行簡化、材料定義、屬性定義、網格劃分、約束設置、載荷施加等操作，每一個操作都會產生很多不同類型的數據、文本文件和臨時文件；仿真計算過程主要是對前處理產生的數據模型進行仿真計算；后處理主要是對仿真計算產生的結果文件進行操作，獲取某些重要的仿真數據，如應力值、應變值、應力云圖和動畫文件等。因此，按照機械產品的仿真分析過程，考慮到仿真過程中的實際問題，可將機械產品仿真數據分為原始模型數據、仿真模型數據、材料定義數據、屬性定義數據、施加約束的模型數據、施加載荷后的數據、仿真結果數據后處理數據等八類。綜上，機械產品仿真數據的分類方式多種多樣，每—種分類方式都各有千秋。但就我個人而言，比較傾向于按照仿真分析過程進行分類。因為這種分類方式是面向仿真對象的，它根據仿真的不同階段將仿真數據分類，基本可以囊括仿真過程中的所有數據，具有普遍意義。
3 關系型數據庫和內容倉庫
3.1 關系型數據庫
數據庫技術產生于20世紀60年代末70年代初，其主要目的是有效地管理和存取大量的數據資源。近年來，數據庫技術廣泛應用到機械工程領域中，解決了一些工程實際問題。特別是關系型數據庫的發展，將數據組織成表的形式呈現給用戶，極大的方便了工程人員對數據的查詢。
關系型數據庫，是指采用關系模型來組織數據的數據庫。關系模型是在1970年由IBM的研究員EF.Codd博士首先提出，在之后的幾十年中，關系模型的概念得到了充分的發展并逐漸成為數據庫架構的主流模型。目前，主流的關系型數據庫有Oracle，Sybase，MSSQLServer，MySQL和DB2等。其中，MySQL是當前較為流行的開源數據庫，可以存儲大量的種類繁多的數據，并且提供服務以滿足任何組織的需要。因而采用MySQL數據庫并用Hihemate框架作為數據庫持久層的解決方法，對數據庫做了輕量級的封裝，提供了從Java類到數據表之間的映射和數據查詢和恢復機制，從而大大減輕了操作數據庫的工作量。Hibemate工作原理示意圖，如圖1所示。通過Hibemate提供的HQL語句并配置XML格式的映射文件和配置文件即可為頂層的應用程序提供持久化服務。
圖1 Hibemate工作原理示意圖
3.2 Java內容倉庫簡介
JCR(JavaContentRepositoryAPI)規范由JavaCommunityProcess開發為JSR-170，目的就是滿足weblogs和電子等公司對數據文件管理的日益普及需求。Java內容倉庫是—個分級存儲的關系型內容倉庫，遵循JCR規范。采用JCR規范和Wadav協議來設計Java內容倉庫，能夠實現結構與非結構數據的讀寫操作、版本控制、訪問控制權限、全文檢索和事件監控等。Java內容倉庫由單—倉庫構成，有—個或多個工作區。每個工作區都包含—個項目樹；項目既可以是節點也可以是屬性。節點可以有零個或多個子節點以及零個或多個相關屬性，實際的內容保存在子節點和屬性中。每個節點都有且只有一個主節點類型。主節點類型定義了節點的特征，例如允許節點擁有的屬性和子節點。內容倉庫的結構，如圖2所示。圓圈代表節點，矩形代表屬性。節點A、B和C，它們都衍生自—個根節點。節點A有兩個屬性，即—個字符串“Kuok”和—個整數2010。
圖2 Java內容倉庫模型
3.3 關系型數據庫和Java內容倉庫的比較
關系型數據庫的優勢在存儲數據信息，能夠利用諸如Hibemate等實現了對關系型數據庫的輕量級封裝，快速方便的實現對數據的操作。Java內容倉庫的優勢在于能夠存儲海量的數據文件，同時也能夠對相對應的數據信息以節點屬性的方式進行存儲，但操作不方便。因此，根據關系型數據庫和Java內容倉庫各自的優勢，有必要在他們之間建立一個信息共享機制，共同去管理機械產品的仿真數據。
4 協同仿真環境中數據的管理
針對機械產品的仿真數據特點開發的協同仿真環境(Collaborative Simulation Environment，CSE)數據管理系統，采用關系型數據庫MySQL和Java內容倉庫協同工作。如圖3所示，協同仿真環境中的仿真數據存儲關系圖。數據庫服務器存儲使用頻率高、占用空間小的與用戶、仿真流程相關的信息以及部分仿真參數，文件服務器（Java內容倉庫）則存儲使用頻率低，占用大量存儲空間仿真任務參數和仿真結果。
圖3 協同仿真環境仿真數據存儲方式
根據前面的仿真數據分類，在Java內容倉庫中自定義數據子節點，編寫持久化類，建立內容倉庫的模型；三個主節點類型：[cseproject]、[csesystem]和[cseanalysisType]、[cseproject]設計有子節點類型[csesystem]、[csesystem]設計有子節點類型[cseanalysisType]，[cseanalysisType]設計有節點類型[selOAdCase]，里面包括子節點[cseOriginalModel](存放原始模型數據)、[cseSimulationModel]（存放仿真模型數據）、[cseMaterialProperty](存放材料定義數據)、[csePropertyDefine](存放屬性定義數據)、[cseConstrainSet](存放施加約束的模型數據)、[cseLoadSet](存放施加載荷后的數據)、[cseSimulationResult]（存放仿真結果數據）和[cseResults]（存放后處理數據）。根據仿真數據類型建立的內存倉庫模型，如圖4所示。
圖4 Java內容倉庫模型
建立好內容倉庫模型之后，利用XML（可擴展標記語言）作為中間載體，建立起Java內容倉庫和關系型數據庫之間的信息共享機制，實現數據關系的雙向映射，如圖5所示。關系型數據庫表表明了內容倉庫節點下仿真數據類型屬性名和屬性值之間數據關系，屬性名為數據庫中的列名。屬性值為數據庫中某列的值，在列表中“name”和“Originalmodel”為內容倉庫節點屬性名和屬性值，節點的仿真數據類型和數據庫表之間的有著對應關系。
在機械仿真的過程中，首先將所有數據節點存放在關系型數據庫表中，通過雙向映射機制，動態的在Java內容倉庫中生成對應的數據結構并存放相應的數據信息，利用WEBDAVI根據仿真數據的類型和路徑，將海量的數據以節點的形式存入列內容倉庫對應的位置上去，為驗證系統的有效性和實用性，選取某動部件在協同仿真環境中進行分析。對該動部件進行靜力學、動力學和模態分析等，其仿真數據量較為龐大，具有一定的代表性。如圖6所示，從關系型數據庫中獲取的仿真數據信息和從Java內容倉庫中獲取的海量仿真數據在Web上的動態顯示，左側為項目樹，反映了Java內容倉庫的真實存儲結構，右側顯示了仿真分析數據，包括文本文件，圖片、視頻文件和模型文件、仿真工作者根據需要可以隨時瀏覽和下載。
圖5 數據庫中屬性名和內容倉庫中節點名對應
圖6 機械產品仿真數據在web上的動態顯示
5 總結
通過則機械產品仿真過程中產生的數據進行分類，利用關系型數據庫對數據操作的優勢，和java內容倉庫對文件存儲、操作的方便，根據仿真過程分類的方法，在Java內存倉庫中建立相關數據類型節點，并將所有數據節點存放在關系型數據庫表中，兩者協同工作。在仿真工作完成后，將大量的仿真數據存儲在Java內容倉庫中，并在web上的動態顯示，供仿真工作者隨時查看和瀏覽。選取某動部件在協同仿真環境中進行分析，可以快速、準確地獲得仿真分析相關數據，表明了這種數據管理系統的有效性和實用性。
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